TWI742014B - 高流動性之聚芳基醚酮組合物 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種聚合物組合物,該組合物含有在流動改質劑之存在下經熔融加工的聚芳基醚酮及熱致性液晶聚合物。該流動改質劑為含有一或多個羥基官能基之官能化合物。
Description
聚醚醚酮(「PEEK」)通常用於製造用於大量工程應用之部件。各應用需要特定拉伸及撓曲特性、衝擊強度、熱變形溫度及抗變形性。PEEK聚合物之特徵在於高玻璃轉化溫度,通常高於100℃,此使得PEEK聚合物適用於需要曝露於高溫之應用。然而,此等材料之一個缺點為,其呈現不佳熔體流動特性,此使得難以加工。因此,持續存在對具有極佳熔體流動特性之高效能聚合物組合物之需要。
根據本發明的一個實施例,揭示一種聚合物組合物,其含有至少一種聚芳基醚酮及以每100份聚芳基醚酮約1份液晶聚合物至約100份液晶聚合物之量的至少一種液晶聚合物。該組合物藉由在流動改質劑之存在下熔融加工聚芳基醚酮及液晶聚合物而形成,該流動改質劑包括官能化合物。 本發明之其他特徵及態樣更詳細闡述於下文中。
相關申請案
本申請案主張2015年11月20日申請之美國臨時申請案第62/257,790號、2016年3月21日申請之第62/310,930號及2016年10月14日申請之第62/408,206號之優先權,該等申請案以全文引用的方式併入本文中。 「烷基」係指具有1至10個碳原子且在一些實施例中具有1至6個碳原子的單價飽和脂族烴基。「Cx-y
烷基」係指具有x至y個碳原子之烷基。藉助於實例,此術語包括直鏈及分支鏈烴基,諸如甲基(CH3
)、乙基(CH3
CH2
)、正丙基(CH3
CH2
CH2
)、異丙基((CH3
)2
CH)、正丁基(CH3
CH2
CH2
CH2
)、異丁基((CH3
)2
CHCH2
)、第二丁基((CH3
)(CH3
CH2
)CH)、第三丁基((CH3
)3
C)、正戊基(CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
)及新戊基((CH3
)3
CCH2
)。 「烷氧基」係指基團-O-烷基。藉助於實例,烷氧基包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、第三丁氧基、第二丁氧基及正戊氧基。 「烯基」係指具有2至10個碳原子且在一些實施例中具有2至6個碳原子或2至4個碳原子且具有至少1個乙烯基不飽和位點(>C=C<)之直鏈或分支鏈烴基。舉例而言,(Cx
-Cy
)烯基係指具有x至y個碳原子之烯基,且意欲包括例如乙烯基、丙烯基、異丙烯基、1,3-丁二烯基等。 「芳基」係指具有3至14個碳原子且無環雜原子並且具有單個環(例如苯基)或多個縮合(稠合)環(例如萘基或蒽基)之芳基。對於多環系統,包括具有不含環雜原子之芳族環及非芳族環之稠合、橋接及螺環系統,當附著點在芳族碳原子處時,術語「芳基」適用(例如5,6,7,8四氫化萘-2-基為芳基,因為其附著點在芳族苯環之2位置處)。 「芳氧基」係指基團-O-芳基,藉助於實例,其包括苯氧基及萘氧基。 「羰基 (carboxyl)或羧基(carboxy)」係指-COOH或其鹽。 「羧基酯(carboxyl ester或carboxy ester)」係指基團-C(O)O-烷基、C(O)O-烯基、C(O)O-芳基、C(O)O-環烷基、-C(O)O-雜芳基及-C(O)O-雜環。 「環烷基」係指具有3至14個碳原子且無環雜原子且具有單個環或多個環(包括稠合、橋接及螺環系統)之飽和或部分飽和環基。對於具有不含環雜原子之芳族及非芳族環的多環系統,當附著點在非芳族碳原子處時,術語「環烷基」適用(例如5,6,7,8-四氫萘-5-基)。術語「環烷基」包括環烯基,諸如金剛烷基、環丙基、環丁基、環戊基、環辛基及環己烯基。有時使用術語「環烯基」來指代具有至少一個>C=C<環不飽和位點之部分飽和環烷基環。 「環烷氧基」係指-O-環烷基。 「鹵基」或「鹵素」係指氟基、氯基、溴基及碘基。 「鹵烷基」係指具有1至5個鹵基或在一些實施例中具有1至3個鹵基之烷基之取代基。 「雜芳基」係指具有1至14個碳原子及選自氧、氮及硫之1至6個雜原子之芳基,且包括單環系統(例如咪唑基)及多環系統(例如苯并咪唑-2-基及苯并咪唑-6-基)。對於多環系統,包括具有芳族及非芳族環之稠合、橋連及螺環系統,若存在至少一個環雜原子且附著點在芳環之原子處(例如1,2,3,4-四氫喹啉-6-基及5,6,7,8-四氫喹啉-3-基),則術語「雜芳基」適用。在一些實施例中,雜芳基之氮環原子及/或硫環原子視情況經氧化以得到N氧化物(N→O)、亞碸基或磺醯基部分。雜芳基之實例包括(但不限於):吡啶基、呋喃基、噻吩基、噻唑基、異噻唑基、***基、咪唑基、咪唑啉基、異噁唑基、吡咯基、吡唑基、噠嗪基、嘧啶基、嘌呤基、酞嗪基、萘基吡啶基、苯并呋喃基、四氫苯并呋喃基、異苯并呋喃基、苯并噻唑基、苯并異噻唑基、苯并***基、吲哚基、異吲哚基、吲哚嗪基、二氫吲哚基、吲唑基、吲哚啉基、苯并噁唑基、喹啉基、異喹啉基、喹嗪基、喹唑啉基、喹喔啉基、四氫喹啉基、異喹啉基、喹唑啉基、苯并咪唑基、苯并異噁唑基、苯并噻吩基、苯并噠嗪基、喋啶基、咔唑基、咔啉基、啡啶基、吖啶基、啡啉基、啡嗪基、啡噁嗪基、啡噻嗪基及鄰苯二甲醯亞胺基。 「雜芳氧基」係指-O-雜芳基。 「雜環(Heterocyclic或heterocycle)」或「雜環烷基」或「雜環基」係指具有1至14個碳原子及1至6個選自氮、硫、磷或氧之雜原子之飽和或部分飽和環基,且包括單環及多環系統(包括稠合、橋接及螺環系統)。對於具有芳族及/或非芳族環之多環系統,當存在至少一個環雜原子且附著點在非芳環之原子處時,術語「雜環」、「雜環烷基」或「雜環基」適用(例如十氫喹啉-6-基)。在一些實施例中,雜環基之氮原子及/或硫原子視情況經氧化以提供N氧化物、亞磺醯基或磺醯基部分。雜環基之實例包括(但不限於):吖丁啶基、四氫哌喃基、哌啶基、N-甲基哌啶-3-基、哌嗪基、N-甲基吡咯啶-3-基、3-吡咯啶基、2-吡咯啶酮-1-基、嗎啉基、硫代嗎啉基、四氫咪唑基及吡咯啶基。 「雜環基氧基」係指基團-O-雜環基。 「醯基」係指基團H-C(O)-、烷基-C(O)-、烯基-C(O)-、環烷基-C(O)-、芳基-C(O)-、雜芳基-C(O)-及雜環-C(O)-。醯基包括「乙醯基」CH3
C(O)-。 「醯氧基」係指基團烷基-C(O)O-、烯基-C(O)O-、芳基-C(O)O-、環烷基-C(O)O-、雜芳基-C(O)O-及雜環-C(O)O-。醯氧基包括「乙醯氧基」CH3
C(O)O-。 「醯胺基」係指基團-NHC(O)烷基、-NHC(O)烯基、-NHC(O)環烷基、-NHC(O)芳基、-NHC(O)雜芳基及-NHC(O)雜環。醯胺基包括「乙醯胺基」-NHC(O)CH3
。 應理解,前述定義涵蓋未經取代之基團以及經如此項技術中已知的一或多個其他官能基取代之基團。舉例而言,芳基、雜芳基、環烷基或雜環基可經1至8個,在一些實施例中1至5個,在一些實施例中1至3個,且在一些實施例中1至2個選自以下各者之取代基取代:烷基、烯基、炔基、烷氧基、醯基、醯胺基、醯氧基、胺基、四級胺基、醯胺、亞胺基、甲脒基、胺基羰基胺基、脒基羰基胺基、胺基硫羰基、胺基羰基胺基、胺基硫羰基胺基、胺基羰基氧基、胺基磺醯基、胺基磺醯氧基、胺基磺醯胺基、芳基、芳氧基、芳基硫基、疊氮基、羧基、羧基酯、(羧基酯)胺基、(羧基酯)氧基、氰基、環烷基、環烷氧基、環烷基硫基、胍基、鹵基、鹵烷基、鹵烷氧基、羥基、羥胺基、烷氧基胺基、肼基、雜芳基、雜芳氧基、雜芳基硫基、雜環基、雜環基氧基、雜環硫基、硝基、側氧基、硫酮、磷酸鹽、膦酸酯、亞膦酸酯、磷醯胺基、二胺基磷酸酯、胺基磷酸單酯、環狀胺基磷酸酯、環狀二胺基磷酸酯、胺基磷酸二酯、硫酸酯、磺酸酯、碸基,經取代之碸基、磺醯基氧基、硫代醯基、硫代氰酸酯、硫醇、烷硫基等,以及此類取代基之組合。 一般熟習技術者應理解本討論僅為例示性實施例之描述,且不意欲限制本發明之較廣態樣。 一般而言,本發明係針對一種聚合物組合物,其含有至少一種聚芳基醚酮及以相對於組合物中之100重量份聚芳基醚酮約1份至約100份,在一些實施例中約1份至約50份,在一些實施例中約2份至約40份,且在一些實施例中約5份至約30份之量的至少一種熱致性液晶聚合物。該組合物藉由在流動改質劑之存在下熔融加工該等聚合物而形成,該流動改質劑有助於達成低熔融黏度而不犧牲組合物之其他特性。更特定言之,該流動改質劑為含有一或多種官能基(例如羥基、羧基等)之化合物。此類官能化合物通常以相對於100重量份聚芳基醚酮約0.05份至約5份,在一些實施例中約0.06份至約2份,在一些實施例中約0.08份至約1份,且在一些實施例中約0.1份至約0.5份之量存在。 經由對聚合物及流動改質劑之特定性質之選擇性控制,諸位發明人已發現所產生之組合物可具有次高剪切熔融黏度,使得組合物能夠呈現較好流動特性以用於廣泛多種應用中。高剪切熔融黏度可(例如)降低以使得聚合物組合物之熔融黏度與聚芳基醚酮之初始熔融黏度之比率可為約0.80或更低,在一些實施例中為約0.50或更低,在一些實施例中為約0.40或更低,在一些實施例中為約0.01至約0.30,在一些實施例中為約0.02至約0.85,且在一些實施例中為約0.05至約0.50。舉例而言,在一個特定實施例中,聚合物組合物可具有約0.1 Pa-s至約250 Pa-s,在一些實施例約0.2 Pa-s至約200 Pa-s,在一些實施例中為約0.5 Pa-s至約100 Pa-s,在一些實施例中約1 Pa-s至約50 Pa-s,且在一些實施例中約2 Pa-s至約40 Pa-s之熔融黏度,該熔融黏度根據ISO測試第11443:2005號在1000秒-1
之剪切率及400℃之溫度下測定。 通常,認為具有上文所提及之低黏度之聚合物組合物將亦不具有使得其能夠用於某些類型之應用的足夠較佳的熱特性及機械特性。然而,與習知思維相反,已發現本發明之聚合物組合物具有極佳機械特性。 舉例而言,組合物可具有高衝擊強度,此在形成較小部件時適用。該組合物可(例如)具有大於約2 kJ/m2
,在一些實施例中約3 kJ/m2
至約40 kJ/m2
,且在一些實施例中約4 kJ/m2
至約30 kJ/m2
之夏比(Charpy)缺口衝擊強度,該夏比(Charpy)缺口衝擊強度根據ISO測試第179-1:2010號(技術上等效於ASTM D256,方法B)在23℃下量測。該組合物可(例如)具有約10 kJ/m2
或更高,在一些實施例中約25 kJ/m2
或更高,在一些實施例中約10 kJ/m2
至約100 kJ/m2
,在一些實施例中約20 kJ/m2
至約80 kJ/m2
,且在一些實施例中約30 kJ/m2
至約60 kJ/m2
之夏比非缺口衝擊強度,該夏比非缺口衝擊強度根據ISO測試第179號在23℃下量測。 拉伸及撓曲機械特性亦為較佳的。舉例而言,部件可呈現約90 MPa或更高,在一些實施例中約100 MPa或更高,在一些實施例中約110 MPa或更高,在一些實施例中約120 MPa或更高,在一些實施例中約100 MPa至約500 MPa,且在一些實施例中約130 MPa至約500 MPa之拉伸強度及/或約5,500 MPa或更高,在一些實施例中為7,000 MPa或更高,且在一些實施例中約7,000 MPa至約20,000 MPa之拉伸模數。斷裂拉伸伸長率可為約0.5%或更高,在一些實施例中約1.0%或更高,在一些實施例中約2.0%或更高,在一些實施例中約1.0%至約10%,在一些實施例中約1.5%至約7%,且在一些實施例中約2%至約5%。可根據ISO測試第527:2012號(技術上等效於ASTM D638-14)在23℃下測定拉伸特性。 部件亦可呈現約110 MPa或更高,在一些實施例中為約120 MPa或更高,在一些實施例中約140 MPa或更高,且在一些實施例中約140 MPa至約500 MPa之撓曲強度,及/或約3,500 MPa或更高,在一些實施例中約4,000 MPa或更高,在一些實施例中約4,500 MPa或更高,在一些實施例中約5,000 MPa或更高,且在一些實施例中約4,000 MPa至約25,000 MPa,且在一些實施例中約5,500 MPa至約25,000 MPa之撓曲模數。可根據ISO測試第178:2010號(技術上等效於ASTM D790-10)在23℃下測定撓曲特性。模製部件亦可呈現約300℃或更高,且在一些實施例中約310℃至約350℃之荷重扭曲溫度(DTUL),如根據ASTM D648-07 (技術上等效於ISO測試第75-2:2013號)在1.8 MPa之指定負荷下量測。在一些實施例中,模製部件亦可呈現約300℃或更低,在一些實施例中約100℃至約250℃,在一些實施例中約125℃至約200℃,且在一些實施例中約130℃至約170℃之荷重扭曲溫度(DTUL),如根據ASTM D648-07 (技術上等效於ISO測試第75-2:2013號)在1.8 MPa之指定負荷下量測。 諸位發明人亦已發現聚合物組合物亦可在成形為部件時在尺寸上保持穩定,且因此呈現相對較低程度之彎曲。彎曲之程度可表徵為如藉由以下更詳細地描述之測試所測定之低「平度值」。更特定言之,聚合物組合物可呈現約2.0毫米或更低,在一些實施例中約1.5毫米或更低,在一些實施例中約1.0毫米或更低,且在一些實施例中約0.1毫米至約0.9毫米之平度值。 另外,模製部件之線性熱膨脹係數在流動方向上可為約2 ppm/℃或更高,在一些實施例中約5 ppm/℃或更高,在一些實施例中約10 ppm/℃或更高,在一些實施例中約2 ppm/℃至100 ppm/℃,在一些實施例中約5 ppm/℃至90 ppm/℃,且在一些實施例中約10 ppm/℃至80 ppm/℃,該係數如根據ISO 11359量測。模製部件之線性熱膨脹係數在橫向方向上可為約10 ppm/℃或更高,在一些實施例中約20 ppm/℃或更高,在一些實施例中約30 ppm/℃或更高,在一些實施例中約10 ppm/℃至200 ppm/℃,在一些實施例中約20 ppm/℃至180 ppm/℃,且在一些實施例中約30 ppm/℃至160 ppm/℃,該係數如根據ISO 11359量測。 尺寸穩定性亦可藉由根據ISO 294測定模製樣品之模製收縮率來量測。模製部件在流動方向及/或橫向方向在可呈現約10%或更低,在一些實施例中約5%或更低,在一些實施例中約2%或更低,在一些實施例中約1%或更低,在一些實施例中約0.001%至5%,在一些實施例中約0.01%至2.5%,且在一些實施例中約0.05%至約1.5%之模製收縮率。 組合物亦可實現改良之電連接性。此特性可表徵為如根據IEC 60093測定之相對較低的體積電阻率。亦即,由該聚合物組合物形成之模製部件可呈現約1×1013
歐姆-cm或更低,在一些實施例中約1×1011
歐姆-cm或更低,在一些實施例中約1×108
歐姆-cm至約9×1012
歐姆-cm,且在一些實施例中約1×109
歐姆-cm至約9×1011
歐姆-cm之體積電阻率。 當在23℃及1 MHz之頻率下根據IEC 60250量測時,組合物亦可呈現約6或更低,在一些實施例中為5或更低,在一些實施例中約4.5或更低,且在一些實施例中約4或更低之介電常數。當根據IEC 60243量測時,組合物亦可呈現約5 kV/mm或更高,在一些實施例中約15 kV/mm或更高,且在一些實施例中約25 kV/mm或更高至約100 kV/mm或更低,在一些實施例中約60 kV/mm或更低,且在一些實施例中為約50 kV/mm或更低之介電強度。 現將更詳細描述本發明之各種實施例。 I.聚合物組合物
A.聚芳基醚酮
聚芳基醚酮為具有相對較高熔融溫度之半結晶形聚合物,諸如約300℃至約400℃,在一些實施例中約310℃至約390℃,且在一些實施例中約330℃至約380℃。玻璃轉化溫度可類似地為約100℃或更高,在一些實施例中約110℃至約200℃,且在一些實施例中約130℃至約160℃。熔融溫度及玻璃轉化溫度可如此項技術中所熟知之技術使用差示掃描熱量測定(「DSC」)測定,諸如藉由ISO測試第11357:2013號測定。在與液晶聚合物及流動改質劑組合之前,初始「純」聚芳基醚酮可具有相對較高熔融黏度。舉例而言,在一個特定實施例中,聚芳基醚酮可具有約80 Pa-s或更高,在一些實施例中約110 Pa-s或更高,在一些實施例中約120 Pa-s至約250 Pa-s,且在一些實施例中約130 Pa-s至約220 Pa-s之熔融黏度,該熔融黏度在1000秒-1
之剪切率下測定。熔融黏度可根據ISO測試第11443:2005號在400℃之溫度下測定。 聚芳基醚酮通常含有具有式(I)及/或式(II)之結構之部分:其中, m及r獨立地為零或正整數,在一些實施例中為0至3,在一些實施例中為0至2,且在一些實施例中為0或1; s及w獨立地為零或正整數,在一些實施例中為0至2,且在一些實施例為0或1; E及E'獨立地為氧原子或直接鍵; G為氧原子、直接鍵或-O-Ph-O-,其中Ph為苯基;且 Ar為以下部分(i)至(vi)中之一者,其經由一或多個苯基部分鍵接至鄰近部分:。 聚芳基醚酮可包括超過一種不同類型之式(I)之重複單元及/或超過一種不同類型之式(II)之重複單元。然而,通常僅提供一種類型之式(I)或式(II)之重複單元。舉例而言,在一個特定實施例中,聚芳基醚酮為含有以下通式(III)之均聚物或共聚物:其中, A及B獨立地為0或1;且 E、E'、G、Ar、m、r、s及w如上文所描述。 在又一實施例中,聚芳基醚酮為含有以下通式(IV)之重複單元之均聚物或共聚物:其中, A及B獨立地為0或1;且 E、E'、G、Ar、m、r、s及w如上文所描述。 理想地,以上實施例中之Ar選自以下部分(vii)至(xiii): 。 尤其適合的聚芳基醚酮聚合物(或共聚物)為主要包括與酮及/或醚部分結合之苯基部分的式(III)之彼等。此類聚合物之實例包括聚醚醚酮(「PEEK」) (其中在式(III)中,Ar為部分(iv),E及E'為氧原子,m為0,w為1,G為直接鍵,s為0,且A及B為1);聚醚酮(「PEK」) (其中在式(III)中,E為氧原子,E'為直接鍵,Ar為部分(i),m為0,A為1,B為0);聚醚酮酮(「PEKK」) (其中在式(III)中,E為氧原子,Ar為部分(i),m為0,E'為直接鍵,A為1,且B為0);聚醚酮醚酮酮(「PEKEKK」) (其中在式(III)中,Ar為部分(i),E及E'為氧原子,G為直接鍵m為0,w為1,r為0,s為1,且A及B為1);聚醚醚酮酮(「PEEKK」) (其中在式(III)中,Ar為部分(iv),E及E'為氧原子,G為直接鍵,m為0,w為0,且s、r、A及B為1);聚醚-二苯基-醚-醚-二苯基-醚-苯基-酮-苯基(其中在式(III)中,Ar為部分(iv),E及E'為氧原子,m為1,w為1,A為1,B為1,r及s為0,且G為直接鍵);以及其摻合物及共聚物。 B.液晶聚合物
用於本發明之組合物中之液晶聚合物通常歸類為「熱致性」聚合物,在此意義上該聚合物可具有棒狀結構且在其熔融態(例如熱致性向列型態)中呈結晶狀態。在一個特定實施例中,液晶聚合物為含有通常表示為以下式(IV)之芳族酯重複單元之芳族聚酯:其中, 環B為經取代或未經取代之6員芳基(例如1,4-伸苯基或1,3-伸苯基)、稠合至經取代或未經取代之5或6員芳基的經取代或未經取代之6員芳基(例如2,6-萘)或連接至經取代或未經取代之5或6員芳基的經取代或未經取代之6員芳基(例如4,4-聯伸二苯);且 Y1
及Y2
獨立地為O、C(O)、NH、C(O)HN或NHC(O),其中Y1
及Y2
中之至少一者為C(O)。 適用於本發明之芳族酯重複單元之實例可包括(例如)芳族二羧基重複單元(V中之Y1
及Y2
為C(O))、芳族羥基羧酸重複單元(式V中之Y1
為O且Y2
為C(O))以及其各種組合。 可使用衍生自諸如對苯二甲酸、間苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、二苯醚-4,4'-二羧酸、1,6-萘二羧酸、2,7-萘二羧酸、4,4'-二羧基聯苯、雙(4-羧苯基)醚、雙(4-羧苯基)丁烷、雙(4-羧苯基)乙烷、雙(3-羧苯基)醚、雙(3-羧苯基)乙烷等之芳族二羧酸,以及其烷基、烷氧基、芳基及鹵素取代基及其組合的(例如)芳族二羧基重複單元。尤其適合的芳族二羧酸可包括(例如)對苯二甲酸(「TA」)及間苯二甲酸(「IA」)。當使用時,TA及/或IA可各自構成聚合物之約1 mol%至約30 mol%,在一些實施例中為約2 mol%至約20 mol%,且在一些實施例中為約5 mol%至約15 mol%。 亦可使用衍生自諸如4-羥基苯甲酸、4-羥基-4'-二苯基羧酸、2-羥基-6-萘甲酸、2-羥基-5-萘甲酸、3-羥基-2-萘甲酸、2-羥基-3-萘甲酸、4'-羥苯基-4-苯甲酸、3'-羥苯基-4-苯甲酸、4'-羥苯基-3-苯甲酸等之芳族羥基羧酸,以及其烷基、烷氧基、芳基及鹵素取代基及其組合之(例如)芳族羥基羧酸重複單元。一種尤其適合的芳族羥基羧酸為4-羥基苯甲酸(「HBA」)。當使用時,HBA可各自構成聚合物之約40 mol%至約90 mol%,在一些實施例中為約45 mol%至約85 mol%,且在一些實施例中為約50 mol%至約70 mol%。 在聚合物中亦可使用其他重複單元。舉例而言,在某些實施例中,可使用衍生自諸如對苯二酚、間苯二酚、2,6-二羥基萘、2,7-二羥基萘、1,6-二羥基萘、4,4'-二甲基聯苯(或4,4'-聯苯酚)、3,3'-二甲基聯苯、3,4'-二甲基聯苯、4,4'-二甲基聯苯醚、雙(4-羥苯基)乙烷等之芳族二酚,以及其烷基、烷氧基、芳基及鹵素取代基及其組合之重複單元。尤其適合的芳族二酚可包括(例如)對苯二酚(「HQ」)及4,4'-聯苯酚(「BP」)。當使用時,衍生自芳族二酚(例如HQ及/或BP)之重複單元通常構成約1 mol%至約30 mol%,在一些實施例中為約2 mol%至約20 mol%,在一些實施例中為約3 mol%至約17 mol%,且在一些實施例中為約5 mol%至約15 mol%。亦可使用諸如衍生自芳族醯胺(例如乙醯胺苯酚(「APAP」))及/或芳胺(例如4-胺基苯酚(「AP」)、3-胺基苯酚、1,4-苯二胺、1,3-苯二胺等)之彼等重複單元。當使用時,衍生自芳族醯胺(例如APAP)及/或芳胺(例如AP)之重複單元通常構成聚合物之約1 mol%至約30 mol%,在一些實施例中為約2 mol%至約25 mol%,且在一些實施例中5 mol%至約20 mol%。亦應瞭解各種其他單體重複單元可併入至聚合物中。舉例而言,在某些實施例中,聚合物可含有衍生自諸如脂族或環脂族羥基羧酸、二羧酸(例如環己二酸)、二醇、醯胺、胺等之非芳族單體之一或多個重複單元。當然在其他實施例中,因為其缺乏衍生自非芳族(例如脂族或環脂族)單體之重複單元,因此聚合物可為「完全芳族」。 與所選擇的特定單體無關,液晶聚合物通常為「低環烷」聚合物,在此意義上該聚合物含有最小含量之衍生自環烷羥基羧酸及環烷二羧酸之重複單元,諸如萘-2,6-二甲酸(「NDA」)、6-羥基-2-萘甲酸(「HNA」)或其組合。亦即,衍生自環烷羥基羧酸及/或二羧酸(例如NDA、HNA或HNA及NDA之組合)之重複單元之總量為聚合物之約15 mol%或更低,在一些實施例中為約13 mol%或更低,在一些實施例中為約10 mol%或更低,在一些實施例中為約8 mol%或更低,在一些實施例中為0 mol%至約7 mol%,且在一些實施例中為0 mol%至約5 mol%(例如0 mol%)。本發明人已發現此類低環烷聚合物尤其相當適用於實現上述良好熱特性及機械特性之獨特組合。 在一個特定實施例中,(例如)可形成含有衍生自4-羥基苯甲酸(「HBA」)、對苯二甲酸(「TA」)及/或間苯二甲酸(「IA」)、4,4'-聯苯酚(「BP」)及/或對苯二酚(「HQ」)之單體重複單位以及各種其他視情況存在之組分之「低環烷」芳族聚酯。在某些實施例中,芳族聚酯可含有HBA、TA、IA、BP及HQ。衍生自HBA之單體單元可例如構成聚合物之約40 mol%至約85 mol%,在一些實施例中為約45 mol%至約80 mol%,且在一些實施例中約50 mol%至約70 mol%。衍生自TA及IA之單體單元可各自構成聚合物之約1 mol%至約30 mol%,在一些實施例中為約2 mol%至約20 mol%,且在一些實施例中為約5 mol%至約15 mol%。同樣,衍生自BP及HQ之單體單元可各自構成聚合物之約1 mol%至約30 mol%,在一些實施例中為約2 mol%至約20 mol%,且在一些實施例中為約5 mol%至約15 mol%。與使用的準確莫耳量無關,可控制BP與HQ重複單元之莫耳比以使得其為約0.6至約2.5,在一些實施例中為約0.7至約2.0,且在一些實施例中為約0.8至約1.2。此外,可類似地將TA與IA重複單元之莫耳比控制以使得其為約0.6至約2.5,在一些實施例中為約0.7至約2.0,且在一些實施例中為約0.8至約1.2。 在另一特定實施例中,(例如)可形成含有衍生自4-羥基苯甲酸(「HBA」)、對苯二甲酸(「TA」)、4,4'-聯苯酚(「BP」)、6-羥基-2-萘甲酸(「HNA」)及乙醯胺苯酚(「APAP」)之單體重複單位以及各種其他視情況存在之組分之芳族聚酯。衍生自HBA之單體單元可構成聚合物之約40 mol%至約85 mol%,在一些實施例中為約45 mol%至約80 mol%,且在一些實施例中約50 mol.%至約70 mol%。衍生自TA之單體單元可構成聚合物之約1 mol%至約30 mol%,且在一些實施例中為約2 mol%至約20 mol%。同樣,衍生自BP之單體單元可各自構成聚合物之約1 mol%至約30 mol%,在一些實施例中為約2 mol%至約20 mol%,且在一些實施例中為約5 mol%至約15 mol%。衍生自HNA之單體單元可各自構成聚合物之約15 mol%或更低,在一些實施例中為約10 mol%或更低,在一些實施例中為約8 mol%或更低,且在一些實施例中為約0 mol%至約7 mol%。衍生自APAP之單體單元可各自構成聚合物之約1 mol%至約30 mol%,在一些實施例中為約2 mol%至約25 mol%,且在一些實施例中為約5 mol%至約20 mol%。 液晶聚合物可藉由首先將用以形成酯重複單元(例如芳族羥基羧酸、芳族二羧酸等)及/或其他重複單元(例如芳族二酚、芳族醯胺、芳族胺等)芳族單體引入至反應器容器中以開始聚縮合反應來製備。此類反應中使用之具體條件及步驟為熟知的,且可更詳細地描述於Calundann
之美國專利第4,161,470號、Linstid, III
等人之美國專利第5,616,680號、Linstid, III
等人之美國專利第6,114,492號、Shepherd
等人之美國專利第6,514,611號及Waggoner
之WO 2004/058851中。用於反應之容器並受特別限制,但通常期望使用常用於高黏度流體之反應中之容器。此類反應容器之實例可包括具有攪拌器之攪拌貯槽型裝置,其中該攪拌器具有諸如錨定型、多段型、螺旋帶型、螺釘桿型等或其經修改的形狀之各種形狀之攪拌刀鋒。該反應容器之其他實例可包括常用於樹脂捏合中之混合裝置,諸如捏合機、輥筒研磨機、班伯里混合機(Banbury mixer)等。 若需要,反應可經由此項技術中已知的單體之乙醯化進行。此可藉由向單體添加乙醯化劑(例如乙酸酐)來實現。通常在約90℃之溫度下開始乙醯化。在乙醯化之初始階段期間,可使用回流來將氣相溫度維持在低於乙酸副產物及酐開始蒸餾之點。在乙醯化期間之溫度範圍通常介於90℃至150℃之間,且在一些實施例中為約110℃至約150℃。若使用回流,則氣相溫度通常超過乙酸之沸點,但仍然低至足以保留殘餘乙酸酐。舉例而言,乙酸酐在約140℃之溫度下汽化。因此,提供在約110℃至約130℃之溫度下具有氣相回流之反應器為尤其期望的。為確保大體上完成反應,可使用過量之乙酸酐。過量酐之量將取決於使用之具體乙醯化條件(包括存在或不存在回流)而變化。通常基於存在的反應物羥基之總莫耳量使用約1莫耳百分比至10莫耳百分比之過量之乙酸酐。 乙醯化可在單獨的反應器容器中進行,或其可在聚合反應器容器內原位進行。當使用單獨的反應容器時,可將單體中之一或多者引入至乙醯化反應器並隨後轉移至聚合反應器。同樣,亦可將單體中之一或多者直接引入至乙醯化反應器而不進行預乙醯化。 除單體及視情況存在之乙醯化劑之外,其他組分亦可包括於反應混合物內以有助於促進聚合。舉例而言,可視情況使用觸媒,諸如金屬鹽觸媒(例如乙酸鎂、乙酸錫(I)、四丁基鈦酸鹽、乙酸鉛、乙酸鈉、乙酸鉀等)及有機化合物觸媒(例如N-甲基咪唑)。此類觸媒通常以按重複單元前驅體之總重量計約百萬分之50至約百萬分之500之量使用。當使用單獨的反應器時,通常期望將觸媒應用至乙醯化反應器並非聚合反應器,但此決不為要求。 通常在聚合反應器容器內將反應混合物加熱至高溫以起始熔融聚縮合反應物。聚縮合可在(例如)約210℃至約400℃,且在一些事實例中為250℃至約350℃之溫度範圍內發生。舉例而言,一種適合用於形成液晶聚合物之技術可包括將前驅體單體及乙酸酐填充至反應器中,將混合物加熱至約90℃至約150℃之溫度以將單體之羥基乙醯化(例如形成乙醯氧基),且接著將溫度升高至約210℃至約400℃之溫度以進行熔融聚縮合。隨著接近最終聚合溫度,亦可移除反應之揮發性副產物(例如乙酸)以使得可容易實現所期望的分子量。通常在聚合期間對反應混合物進行攪拌以確保良好的熱及質量轉移,且反過來確保良好的材料均勻性。攪拌器之旋轉速度在反應之過程期間可變化,但範圍通常介於10轉每分鐘(「rpm」)至約100轉每分鐘,且在一些實施例中為約20 rpm至約80 rpm。為在熔融中建構分子量,聚合反應亦可在真空下進行,施加真空有助於移除在聚縮合之最終階段期間形成之揮發物。真空可藉由施加抽吸壓力產生,諸如在約5磅每平方吋(「psi」)至約30磅每平方吋之範圍內,且在一些實施例中為約10 psi至約20 psi。 在熔融聚合之後,通常可將熔融聚合物經由裝配有所期望的組態之模具之擠出孔自反應器排出,冷卻及採集。通常,將熔融物穿過穿孔模具排出以形成股束,將該等股束溶解於水浴中,粒化並乾燥。樹脂亦可呈股束、顆粒或粉末之形式。儘管不必要,但亦應理解可進行後續固相聚合以進一步增加分子量。當對藉由熔融聚合獲得之聚合物進行固相聚合時,通常期望選擇一種方法,其中將藉由熔融聚合獲得之聚合物固化並接著粉碎以形成粉末狀或薄片狀聚合物,接著執行固體聚合方法,諸如在200℃至350℃之溫度範圍中在惰性氛圍(例如氮氣)下熱處理。 與使用之具體方法無關,產生的液晶聚合物可具有相對較高熔融溫度。舉例而言,聚合物之熔融溫度可為約250℃至約450℃,在一些實施例中為約280℃至約420℃,在一些實施例中為約290℃至約400℃,且在一些實施例中為約300℃至約400℃。當然,在一些情況下,當根據習知技術(例如DSC)測定時,聚合物可不呈現不同熔融溫度。 液晶聚合物之熔融黏度通常可基於其具體分子量變化。舉例而言,高度可流動、低分子量之液晶聚合物可具有相對較低熔融黏度,諸如約1 Pa-s至約60 Pa-s,在一些實施例中為約5 Pa-s至約50 Pa-s,且在一些實施例中為約10 Pa-s至約40 Pa-s,如在1000秒-1
之剪切率及至少高於熔融溫度20℃之溫度(例如350℃、360℃或375℃)下測定。另一方面,較高分子量聚合物可具有約60 Pa-s至約1000 Pa-s,在一些實施例中約100 Pa - s至約800 Pa-s,且在一些實施例中約150 Pa-s至約400 Pa-s之熔融黏度,如在1000秒-1
之剪切率及至少高於熔融溫度20℃之溫度(例如350℃、360℃或375℃)下測定。在一些實施例中,亦可使用低分子量及高分子量液晶聚合物之摻合物。 C.官能化合物
術語「官能」通常意謂化合物含有至少一個官能基(例如羧基、羥基等)或能夠在溶劑之存在下具有該官能基。本文所使用之官能化合物可為單官能、二官能、三官能等。化合物之總分子量相對較低,使得其實際上可充當用於聚合物組合物之流動改質劑。化合物通常具有約2,000公克/莫耳或更低之分子量,在一些實施例中為約25公克/莫耳至約1,000公克/莫耳,在一些實施例中為約50公克/莫耳至約500公克/莫耳,且在一些實施例中為約100公克/莫耳至約400公克/莫耳。 通常可使用多種官能化合物中之任一者。在某些實施例中,可使用具有通式M(OH)s
之金屬氫氧化物化合物,其中s為氧化態(通常為1至3)且M為金屬,諸如過渡金屬、鹼金屬、鹼土金屬或主族金屬。不意欲受理論限制,咸信此等化合物在加工條件(例如高溫)下可有效地「失」水,此可有助於降低熔融黏度。適合的金屬氫氧化物之實例可包括氫氧化銅(II) (Cu(OH)2
)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鎂(Mg(OH)2
)、氫氧化鈣(Ca(OH)2
)、氫氧化鋁(Al(OH)3
)等。亦適合的為能夠在溶劑(諸如水)之存在下形成羥基官能基之金屬烷氧化物化合物。此等化合物可具有通式M(OR)s
,其中s為氧化態(通常為1至3),M為金屬,且R為烷基。此類金屬醇鹽之實例可包括乙醇銅(II) (Cu2+
(CH3
CH2
O-
)2
)、乙醇鉀(K+
(CH3
CH2
O-
))、乙醇鈉(Na+
(CH3
CH2
O-
))、乙醇鎂(Mg2+
(CH3
CH2
O-
)2
) 、乙醇鈣(Ca2+
(CH3
CH2
O-
)2
)等;乙醇鋁(Al3+
(CH3
CH2
O-
)3
)等。除金屬氫氧化物之外,亦可使用金屬鹽水合物,其通常表示為式MA*xH2
O,其中M為金屬陽離子,A為陰離子,且x為1至20,且在一些實施例中為2至10。此類水合物之特定實例可包括(例如)CaCl2
.H2
O、ZnCl2
.4H2
O、CoCl2
.6H2
O、CaSO4
.2H2
O、MgSO4
.7H2
O、CuSO4
.5H2
O、Na2
SO4
.10H2
O、Na2
CO3
.10H2
O、Na2
B4
O7
.10H2
O及Ba(OH)2
.8H2
O。 亦可使用羥基官能有機化合物。舉例而言,羥基官能化合物可含有由本質上類似於液晶聚合物之芳族組分之一或多個芳族環(包括雜芳族)形成之核。該芳族化合物可具有以下提供之式(V)之一般結構:或其金屬鹽,其中, 環C為6員芳環,其中1至3個環碳原子視情況經氮或氧置換,其中每一氮視情況經氧化,且其中環C可視情況經稠合或經連接至5員或6員芳基、雜芳基、環烷基或雜環基; R12
為醯基、醯氧基(例如乙醯氧基)、醯胺基(例如乙醯胺基)、烷氧基、烯基、烷基、胺基、芳基、芳氧基、羧基、羧基酯、環烷基、環烷氧基、羥基、鹵基、鹵烷基、雜芳基、雜芳氧基、雜環基或雜環基氧基; a為0至4,在一些實施例中為0至2,且在一些實施例為0至1;且 e為1至3,且在一些實施例中為1至2。當化合物呈金屬鹽之形式時,適合的金屬抗衡離子可包括過渡金屬抗衡離子(例如銅、鐵等)、鹼金屬抗衡離子(例如鉀、鈉等)、鹼土金屬抗衡離子(例如鈣、鎂等)及/或主族金屬抗衡離子(例如鋁)。 在一個實施例中,(例如)在式(VI)中e為1且C為苯基,使得羥基官能性化合物為具有以下式(VII)之酚:或其金屬鹽,其中, R12
為醯基、醯氧基、醯胺基、烷氧基、烯基、烷基、胺基、羧基、羧基酯、羥基、鹵基或鹵烷基;及 a為0至4,在一些實施例中為0至2,且在一些實施例為0至1。此類羥基官能酚化合物之具體實例包括(例如)酚(a為0);苯酚鈉(a為0);對苯二酚(R12
為OH且a為1);間苯二酚(R12
為OH且a為1);4-羥基苯甲酸(R12
為C(O)OH且a為1)等。 在另一實施例中,在以上式(VI)中C為苯基,a為1,且R12
為苯基,使得羥基官能化合物為具有以下式(VIII)之聯二苯:或其金屬鹽,其中, R15
為醯基、醯氧基、醯胺基、烷氧基、烯基、烷基、胺基、芳基、芳氧基、羧基、羧基酯、環烷基、環烷氧基、羥基、鹵基、鹵烷基、雜芳基、雜芳氧基、雜環基或雜環基氧基;且 f為0至4,在一些實施例中為0至2,且在一些實施例中為0至1。此類聯二苯化合物之具體實例包括(例如)4,4'-聯苯酚(R15
為OH且f為1)、3,3'-聯苯酚(R15
為OH且f為1)、3,4'-聯苯酚(R15
為OH且f為1)、4-苯基苯酚(f為0)、4-苯基苯酚鈉(f為0)、雙(4-羥苯基)乙烷(R15
為C2
(OH)2
苯酚且f為1)、參(4-羥基苯基)乙烷(R15
為C(CH3
)聯苯酚且f為1)、4-羥基-4'-二苯基羧酸(R15
為C(O)OH且f為1)、4'-羥苯基-4-苯甲酸(R15
為C(O)OH且f為1)、3'-羥苯基-4-苯甲酸(R15
為C(O)OH且f為1)、4'-羥苯基-3-苯甲酸(R15
為C(O)OH且f為1)等。 在又一實施例中,在以上式(VI)中C為萘次甲基,使得羥基官能化合物為具有以下式(IX)之萘酚:或其金屬鹽,其中, R12
為醯基、醯氧基、醯胺基、烷氧基、烯基、烷基、胺基、芳基、芳氧基、羧基、羧基酯、環烷基、環烷氧基、羥基、鹵基、鹵烷基、雜芳基、雜芳氧基、雜環基、或雜環基氧基;且 a為0至4,在一些實施例中為0至2,且在一些實施例為0至1。此類萘酚化合物之具體實例包括(例如)2-羥基-萘(a為0);2-萘酚鈉(a為0)、2-羥基-6-萘甲酸(R12
為C(O)OH且a為1)、2-羥基-5-萘甲酸(R12
為C(O)OH且a為1)、3-羥基-2-萘甲酸(R12
為C(O)OH且a為1)、2-羥基-3-萘甲酸(R12
為C(O)OH且a為1)、2,6-二羥基萘(R12
為OH且a為1)、2,7-二羥基萘(R12
為OH且a為1)、1,6-二羥基萘(R12
為OH且a為1)等。 除上文提及之彼等之外,亦可使用又其他官能化合物作為聚合物組合物中之流動調節劑。舉例而言,可使用羧基官能有機化合物,諸如芳族二羧酸。用於此目的之適合的芳族二羧酸可包括(例如)對苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、間苯二甲酸、4,4'-聯苯甲酸、2-甲基對苯二甲酸等,以及其組合。 D.其他組分
在本發明之某些實施例中,諸位發明人已發現可在不存在大量填充劑(例如增強纖維或礦物填充劑)之情況下實現改良之機械特性。舉例而言,聚合物組合物可僅含有相對較少百分比之填充劑(若存在),諸如不超過聚合物組合物之約5 wt%,在一些實施例中不超過3 wt%,且在一些實施例中為0 wt%至約2 wt%(例如0 wt%)。在此等實施例中,聚芳基醚酮通常構成組合物之相當大部分,諸如聚合物組合物之約60 wt%至約99.5 wt%,在一些實施例中為約70 wt%至約99 wt%,且在一些實施例中為約75 wt%至約95 wt%。液晶聚合物同樣可構成聚合物組合物之約0.5 wt%至約60 wt%,在一些實施例中為約1 wt%至約50 wt%,且在一些實施例中為約5 wt%至約30 wt%。 在其他實施例中,聚合物組合物仍然可填充有相對較高百分比之填充劑,諸如約5 wt%至約70 wt%,在一些實施例中約10 wt%至約60 wt%,且在一些實施例中為約20 wt%至約50 wt%。在此等實施例中,聚芳基醚酮通常構成聚合物組合物之約10 wt%至約80 wt%,在一些實施例中為約20 wt%至約70 wt%,且在一些實施例中為約30 wt%至約65 wt%。液晶聚合物同樣可構成聚合物組合物之約0.2 wt%至約30 wt%,在一些實施例中為約0.5 wt%至約25 wt%,且在一些實施例中為約1 wt%至約20 wt%。 當使用時,可選擇多種填充劑中之任一者供聚合物組合物中使用。舉例而言,在某些實施例中可使用增強纖維。增強纖維通常具有相對於其質量之較高程度之拉伸強度。舉例而言,纖維之極限拉伸強度(根據ASTM D2101測定)通常為約1,000兆帕斯卡(「MPa」)至約15,000兆帕斯卡,在一些實施例中為約2,000 MPa至約10,000 MPa,且在一些實施例中為約3,000 MPa至約6,000 MPa。為有助於維持用於某些應用中常常合乎需要的絕緣特性,增強纖維可由在本質上通常亦絕緣之材料形成,諸如玻璃、陶瓷(例如礬土或矽石)等,以及其混合物。玻璃纖維為尤其適合的,諸如E-玻璃、A-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、AR-玻璃、R-玻璃、S1-玻璃、S2-玻璃等,及其混合物。除玻璃之外,其他適合的纖維可包括聚合物纖維、金屬纖維、含碳纖維(例如石墨、碳化物等)、其他類型無機纖維等,以及其組合。其他無機纖維可包括鈦酸鹽(例如鈦酸鉀);矽酸鹽,諸如島狀矽酸鹽、雙島狀矽酸鹽、鏈狀矽酸鹽(例如鏈狀矽酸鈣,諸如矽灰石;鏈狀矽酸鈣鎂,諸如透閃石;鏈狀矽酸鈣鎂鐵,諸如陽起石;鏈狀矽酸鎂鐵,諸如直閃石;等)、頁矽酸鹽(例如頁矽酸鋁,諸如鎂鋁皮石)、網狀矽酸鹽等;硫酸鹽,諸如硫酸鈣(例如脫水或無水石膏);礦棉(例如岩棉或礦渣棉)等等。若需要,增強纖維可具備上漿劑或如此項技術中已知之其他塗層。與所選擇的具體類型無關,通常期望纖維具有相對較低彈性模數以增強所得聚合物組合物之可加工性。纖維可(例如)具有低於約76 GPa之楊氏彈性模量(Young's modulus of elasticity),在一些實施例中低於約75 GPa,且在一些實施例中為約10 GPa至約74 GPa,如根據ASTM C1557-14測定。 在某些實施例中,增強纖維之至少一部分具有相對平坦的橫截面維度,其中其具有約1.5至約10,在一些實施例中約2至約8,且在一些實施例中約3至約5之縱橫比。縱橫比係藉由將纖維之橫截面寬度(亦即,沿長軸之方向)除以纖維之橫截面厚度(亦即,沿短軸之方向)來測定。此類纖維之形狀可呈橢圓、矩形、具有一或多個圓形拐角之矩形等之形式。纖維之橫截面寬度可為約1微米至約50微米,在一些實施例中為約5微米至約45微米,且在一些實施例中為約10微米至約35微米。纖維亦可具有約0.5微米至約30微米之厚度,在一些實施例中為約1微米至約20微米,且在一些實施例中為約3微米至約15微米。應理解在整個橫截面上橫截面厚度及/或寬度不必為均一的。在此類情形中,橫截面寬度被視為沿纖維之長軸之最大尺寸且橫截面厚度被視為沿短軸之最大尺寸。舉例而言,橢圓纖維之橫截面厚度為橢圓之短直徑。 增強纖維亦可具有狹小粒度分佈。亦即,按體積計至少約60%之纖維,在一些實施例中按體積計至少約70%之纖維且在一些實施例中按體積計至少約80%之纖維可具有在上文提及之範圍內的寬度及/或厚度。纖維可為無端纖維或短切纖維,諸如具有約1毫米至約15毫米之長度且在一些實施例中具有2毫米至約6毫米之長度之彼等。纖維之尺寸(例如長度、寬度及厚度)可使用已知的光學顯微法技術測定。 當使用時,可選擇性控制增強纖維之量以實現較高流動特性及良好機械特性之期望組合。可(例如)以聚合物組合物中所使用之每100重量份聚芳基醚酮約10重量份至約80重量份,在一些實施例中為每100重量份約20重量份至約70重量份,且在一些實施例中為每100重量份約30重量份至約60重量份之量使用增強纖維。增強纖維可(例如)構成聚合物組合物之約5 wt%至約60 wt%,在一些實施例中為約10 wt%至約50 wt%,且在一些實施例中為約20 wt%至約40 wt%。聚芳基醚酮同樣可構成聚合物組合物之約20 wt%至約95 wt%,在一些實施例中為約40 wt%至約90 wt%,且在一些實施例中為約50 wt%至約80 wt%。 在聚合物組合物中亦可使用礦物填充劑。舉例而言,黏土礦石可為尤其適合的。此類黏土礦石之實例包括(例如)滑石(Mg3
Si4
O10
(OH)2
)、多水高嶺石(Al2
Si2
O5
(OH)4
)、高嶺石(kaolinite) (Al2
Si2
O5
(OH)4
)、伊利石(illite) ((K,H3
O)(Al,Mg,Fe)2
(Si,Al)4
O10
[(OH)2
,(H2
O)])、蒙脫石(montmorillonite) (Na,Ca)0.33
(Al,Mg)2
Si4
O10
(OH)2
·n
H2
O)、蛭石((MgFe,Al)3
(Al,Si)4
O10
(OH)2
·4H2
O)、鎂鋁皮石((Mg,Al)2
Si4
O10
(OH)·4(H2
O))、葉蠟石(Al2
Si4
O10
(OH)2
)等,以及其組合。作為黏土礦石的替代,或除黏土礦石之外,亦可使用又其他礦物填充劑。舉例而言,亦可使用其他適合的矽酸鹽填充劑,諸如矽酸鈣、矽酸鋁、雲母、矽藻土、矽灰石等。雲母(例如)可為尤其適合的。存在若干化學上不同的雲母種類,其在地質產狀中具有相當多差異,但所有種類具有本質上相同的晶體結構。如本文所使用,術語「雲母」意謂一般包括此等物質中之任一者,諸如白雲母(KAl2
(AlSi3
)O10
(OH)2
)、黑雲母(K(Mg,Fe)3
(AlSi3
)O10
(OH)2
)、金雲母(KMg3
(AlSi3
)O10
(OH)2
)、鋰雲母(K(Li,Al)2-3
(AlSi3
)O10
(OH)2
)、海綠石(K,Na)(Al,Mg,Fe)2
(Si,Al)4
O10
(OH)2
)等,以及其組合。 可包括於聚合物組合物中之又其他添加劑可包括(例如)抗菌劑、顏料(例如碳黑)、抗氧化劑、穩定劑、表面活性劑、蠟、固體溶劑及經添加以增強特性及可加工性之其他材料。在聚合物組合物中可使用(例如)潤滑劑。此類潤滑劑之實例包括脂肪酸酯、其鹽、酯、脂肪酸醯胺、有機磷酸酯及通常用作加工工程塑膠材料(包括其混合物)之潤滑劑之類型的烴蠟。適合的脂肪酸通常具有約12至約60個碳原子之骨幹碳鏈,諸如肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、褐煤酸、十八烷酸、派林酸(parinric acid)等等。適合的酯包括脂肪酸酯、脂肪醇酯、蠟酯、甘油酯、乙二醇酯及複合酯。脂肪酸醯胺包括脂肪主要醯胺、脂肪次要醯胺、亞甲基及伸乙基雙醯胺及烷醇醯胺,諸如棕櫚酸醯胺、硬脂酸醯胺、油酸醯胺、N,N'-亞乙基雙硬脂醯胺等。脂肪酸之金屬鹽亦為適合的,諸如硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸鎂等;烴蠟,包括石蠟、聚烯烴及氧化聚烯烴蠟及微晶蠟。尤其適合的潤滑劑為硬脂酸之酸、鹽或醯胺,諸如季戊四醇四硬脂酸酯、硬脂酸鈣或N,N'-亞乙基雙硬脂醯胺。當使用時,潤滑劑通常構成聚合物組合物之(按重量計)約0.05 wt%至約1.5 wt%,且在一些實施例中約0.1 wt%至約0.5 wt%。 II.用於形成聚合物組合物之方法
將聚合物合併之方式可如此項技術中已知的變化。舉例而言,可將原材料同時抑或依序供應至分散地混合材料之熔融加工裝置。可使用批量及/或連續熔融加工技術。舉例而言,可採用混合器/捏合機、班伯里混合器、Farrel連續混合器、單螺桿擠壓機、雙螺桿擠壓機、輥筒研磨機等來摻合併熔融加工材料。一個尤其適合的熔融加工裝置為共轉雙螺桿擠壓機(例如Leistritz共轉完全嚙合雙螺桿擠壓機)。此類擠壓機可包括饋入埠及排放埠且提供高強度分佈性及分散性混合。舉例而言,可將聚芳基醚酮、液晶聚合物及官能化合物饋入至雙螺桿擠壓機之相同或不同饋入埠並熔融摻合以形成大體上均質的熔融混合物。可在高剪切/壓力及熱量下進行熔融摻合以確保足夠分散。舉例而言,可在約200℃至約500℃,且在一些實施例中為約250℃至約400℃之溫度下進行熔融加工。同樣,在熔融加工期間之明顯剪切率範圍可介於約100秒-1
至約10,000秒-1
,且在一些實施例中為約500秒-1
至約1,500秒-1
。當然,亦可控制諸如在熔融加工期間之滯留時間(其與產出率成反比)之其他變數以實現所期望程度之均質性。 產生的聚合物組合物可呈現相對較高的玻璃轉化溫度。舉例而言,聚合物之玻璃轉化溫度可為約50℃或更高,在一些實施例中為約70℃或更高,在一些實施例中為約80℃至約260℃,且在一些實施例中為約90℃至約200℃。熔融溫度亦可為約300℃至約400℃,在一些實施例中為約310℃至約390℃,且在一些實施例中為約330℃至約380℃。玻璃轉化溫度及熔融溫度可如此項技術中所熟知之技術使用差示掃描熱量測定(「DSC」)測定,諸如藉由ISO測試第11357:2013號測定。 III.成形部件
可在廣泛多種成形部件中使用聚合物組合物,可使用各種技術按順序形成該等部件。舉例而言,可使用模製技術(諸如注塑模製、壓縮模製、澆築模製、奈米模製、包覆模製等)將聚合物組合物成形至部件中。舉例而言,如此項技術中已知,可在兩個主要階段進行注塑模製,亦即注塑階段及固持階段。在注塑階段期間,模具空腔經熔融聚合物組合物完全填充。在注塑階段完成之後開始固持階段,其中控制固持壓力以將額外材料封裝至空腔中並抵償冷卻期間發生的體積收縮。在已建構注塑之後,可接著將其冷卻。在冷卻完成後,當模具打開且將部件噴出(諸如藉由釘在模具內之噴射器之輔助)時模製週期完成。與使用的模製技術無關,已發現具有較高流動性特性、良好機械特性及較低彎曲之唯一組合之本發明之聚合物組合物尤其適用於較薄模製部件。舉例而言,部件可具有約100毫米或更小,在一些實施例中約50毫米或更小,在一些實施例中約100微米至約10毫米,且在一些實施例中約200微米至約1毫米之厚度。若需要,亦可將聚合物與另一組分整合或層壓至另一組分以形成複合結構。此可使用多種技術實現,諸如藉由將聚合物組合物奈米模製至其他組分之部分或整個表面上,以使得該聚合物組合物形式附著至其上之樹脂組分。 當然,亦可使用用於形成成形部件之其他技術。在一個實施例中,(例如)可將聚合物組合物熔融擠壓成薄片,該薄片可用以形成薄膜、纖維、熱成型構件、塗層等。適合的熔融擠壓技術可包括(例如)管狀捕獲鼓泡薄膜方法、平面或套管鑄造薄膜方法、縫隙模具平面鑄造薄膜方法等。舉例而言,可首先將聚合物組合物之組分饋入至擠壓機,該擠壓機將組合物加熱至足夠使其流動之溫度並產生前驅體薄片。在有機會固化之前,可視情況將前驅體薄片饋入至壓延器件(例如壓延輥)之夾持點中以形成具有較均一厚度之聚合薄片。 與使用的具體技術無關,可在廣泛多種器件中使用產生的成形部件。一種該器件為攜帶型電子器件,其可含有包括根據本發明形成之模製部件之框架或外殼。可在外殼中使用此類模製部件或將此類模製部件作為其外殼之攜帶型電子器件之實例包括(例如)蜂巢式電話、攜帶型電腦(例如膝上型電腦、迷你筆記型電腦、平板電腦等)、腕錶器件、頭戴式耳機及耳機器件、具有無線通信功能之媒體播放機、手持型電腦(有時亦被稱作個人數位助理)、遙控器、全球定位系統(GPS)器件、手持型遊戲器件、相機模組、積體電路(例如SIM卡)等。無線攜帶型電子器件為尤其適合的。此類器件之實例可包括膝上型電腦或小型攜帶型電腦,該類型有時被稱作「超攜帶型」。在一個適合的配置中,攜帶型電子器件可為手持型電子器件。器件亦可為組合多個習知器件之功能之混合器件。混合器件之實例包括包括媒體播放器功能之蜂巢式電話、包括無線通信能力之遊戲器件、包括遊戲及電子郵件功能之蜂巢式電話,及接收電子郵件、支援行動電話呼叫、具有音樂播放機功能且支援網頁瀏覽之手持型器件。 亦應理解本發明之聚合物組合物及/或成形部件可用於廣泛多種其他類型之器件中。舉例而言,聚合物組合物可用於諸如以下之組件中:軸承、電感測器、線圈(例如光線錐、點火器等)、夾鉗(例如軟管夾鉗)、閥、開關、印表機部件、泵(例如齒輪泵、泵葉輪、泵外殼等)、儀錶板、管道、軟管(例如用於車輛排氣系統)、套管、油氣管路(例如井下扶正器)、壓縮機(例如閥板)。舉例而言,在一個實施例中,可形成具有中空內部以允許流體(例如油、燃料、水、廢氣等)通過之延長構件。延長構件可具有多種形狀,諸如管形或其他複合形狀。延長構件可沿單個方向或沿多個方向擴展以使得其包括多個角位移。在一個實施例中,可形成不具有中空內部且可包括束線帶之延長構件。 應理解本發明之聚合物組合物及/或成形部件可具有許多其他應用。舉例而言,其可用於汽車中,諸如連接件且尤其為發動機罩內的電連接件。其亦可在用於製造薄壁、錯綜組件之電子件中使用,諸如電容器、連接件、電阻器及微開關。其亦可在油氣工業中用於機器加工諸如環、密封件及高度填充型材之部件,且經設計耐高溫腐蝕性。其甚至可用於製造用於診斷及分析儀器之具有複合幾何結構之部件。 在一個實施例中,聚合物組合物係用於製造連接件,諸如電連接件。特定言之,聚合物組合物可使用製造連接件外殼。連接件可具有任何數目的不同組態。聚合物組合物使得能夠模製薄壁、錯綜部件,諸如連接件外殼之彼等部件。 參考以下實例可更好地理解本發明。測試方法 熔融黏度 :
熔融黏度(Pa-s)可根據ISO測試第11443:2005號在1000 s-1
之剪切率下且使用Dynisco LCR7001毛細管流變儀測定。變流儀孔(模具)具有1 mm之直徑、20 mm之長度、20.1之L/D比率及180°之入口角。機筒之直徑為9.55 mm + 0.005 mm,且棒之長度為233.4 mm。通常在高於熔融溫度至少15℃之溫度下測定熔融黏度。舉例而言,對於純聚芳基醚酮聚合物(例如PEEK)及含有此類聚合物之聚合物組合物,通常在400℃之溫度下測定熔融黏度。另一方面,對於純液晶聚合物,通常在350℃之溫度下測定熔融黏度。玻璃轉化溫度及熔融溫度:
玻璃轉化溫度(「Tg」)及熔融溫度(「Tm」)可藉由如此項技術中已知的差示掃描熱量測定法(「DSC」)測定。對於半結晶材料及結晶材料,熔融溫度為如藉由ISO測試第11357 -2:2013號所測定之差示掃描熱量測定法(DSC)峰值熔融溫度。在DSC程序下,如ISO標準10350中所陳述,使用在TA Q2000器具上進行之DSC量測來加熱樣品且以每分鐘20℃冷卻樣品。荷重扭曲溫度 ( 「 DTUL 」 ) :
荷重扭曲溫度可根據ISO測試第75-2:2013號(技術上等效於ASTM D648-07)測定。更特定言之,可對具有80 mm之長度、10 mm之厚度及4 mm之寬度的測試條帶樣品進行沿邊三點彎曲測試,其中指定負荷(最大外部纖維應力)為1.8兆帕斯卡。樣品可降低至聚矽氧油槽中,其中溫度每分鐘升高2℃直至其偏轉0.25 mm(對於ISO測試第75-2:2013號為0.32 mm)。拉伸模數、拉伸應力及斷裂拉伸伸長率:
拉伸特性可根據ISO測試第527:2012號(技術上等效於ASTM D638-14)測試。可在具有80 mm之長度、10 mm之厚度及4 mm之寬度的相同測試條帶樣品上進行模數及強度量測。測試溫度可為23℃且測試速度可為1 mm/min或5 mm/min。撓曲模數、撓曲 應力及撓曲斷裂張力
:可根據ISO測試第178:2010號(技術上等效於ASTM D790-10)來測試撓曲特性。此測試可在64 mm支撐跨距上進行。測試可在未切割的ISO 3167多用途桿體之中心部分上進行。測試溫度可為23℃且測試速度可為2 mm/min。缺口夏比衝擊強度 :
缺口夏比特性可根據ISO測試第ISO 179 -1:2010號(技術上等效於ASTM D256-10,方法B)測試。此測試可使用類型A凹口(0.25 mm基底半徑)及類型1樣品尺寸(80 mm之長度、10 mm之寬度及4 mm之厚度)進行。樣品可使用單齒銑床自多用途桿體之中心切割。測試溫度可為23℃。非缺口夏比衝擊強度:
非缺口夏比特性可根據ISO測試第ISO 179號測試。測試使用1型樣品(80 mm之長度、10 mm之寬度及4 mm之厚度)進行。測試溫度可為23℃。平度值 :
樣品(80 mm×80 mm×1 mm)之平度值可使用OGP Smartscope Quest 300光學測量系統量測。可以對應於5 mm、22.5 mm、50 mm、57.5 mm及75 mm之X值及Y值開始跨越樣品取得XYZ量測值。可將Z值歸一化以使得最小Z值對應於零之高度。平度值經計算為25個歸一化Z值之平均值。線性熱膨脹係數
(「CLTE」):針對自50℃至200℃抑或25℃至200℃以流動方向及橫向方向之CLTE量測值根據ISO 11359量測尺寸穩定性。模製收縮率:
亦藉由根據ISO 294量測模製收縮率來測定尺寸穩定性。特定言之,藉由獲得乾式測試樣品與模製該樣品之模具空腔之間的尺寸中之差值來測定收縮率。收縮率可以流動方向及橫向方向測定。測試溫度可為在室溫下。介 電強度 :
根據IEC 60243測定介電強度。介電強度之厚度為1.5 mm。體積電阻率
:可根據IEC 60093(類似於ASTM D257-07)測定體積電阻率值。可使用60 mm×60 mm薄片進行測試。測試可使用靜電計(Keithley K8009或ETS 823)使用電壓錶-電流錶方法。當藉由Keithley K-8009測試時,可使用四分鐘放電時間及一分鐘充電時間。當使用ETS-823探針測試時,可在穩定後立即取得讀數。介 電常數及耗散因子
:根據IEC 60250在1 MHz之頻率及23℃之溫度下測定介電常數及耗散因子。吸水率 :
根據ISO 62進行吸水率測試。在23℃下將測試樣品浸沒於蒸餾水中直至吸水基本上停止(亦即,飽和)。實例 1
樣品1至6由各種百分比之聚醚醚酮(「PEEK 1」)、液晶聚合物(「LCP 1」及/或「LCP 2」)及三水合鋁(「ATH」)形成,如下表1中所指示。PEEK 1聚合物具有約140 Pa-s之熔融黏度,如在400℃之溫度及1000 s-1
之剪切率下根據ISO 11443:2005測定。LCP 1衍生自大約60% HBA、12.5% BP、12.5% TA、12.5% HQ及12.5% IA,且具有約310℃之熔融溫度及約14 Pa-s之熔融黏度,如在350℃之溫度及1000 s-1
之剪切率下測定。LCP 2衍生自大約60% HBA、12.5% BP、12.5% TA、12.5% HQ及12.5% IA,且具有約310℃之熔融溫度及約3 Pa-s之熔融黏度,如在350℃之溫度及1000 s-1
之剪切率下測定。表 1
每一組合物之熔融黏度經測定且提供於下表2中。表 2 實例 2
樣品7至10由各種百分比之聚醚醚酮(「PEEK 2」及/或「PEEK 3」)、液晶聚合物(「LCP 1」及/或「LCP 2」及/或「LCP 3」)及三水合鋁(「ATH」)形成,如下表3中所指示。PEEK 2聚合物具有約135 Pa-s之熔融黏度,如在400℃之溫度及1000 s-1
之剪切率下根據ISO 11443:2005測定。PEEK 3聚合物具有約137 Pa-s之熔融黏度,如在400℃之溫度及1000 s-1
之剪切率下根據ISO 11443:2005測定。LCP 3聚合物衍生自大約54.5% HBA、15% BP、19.5% TA、6% HNA及5% APAP,且具有約332℃之熔融溫度及約16.8 Pa-s之熔融黏度,如在350℃之溫度及1000 s-1
之剪切率下測定。在380℃之熔融溫度及每小時30磅之產出率下將組合物摻合於25-mm雙螺桿擠壓機中。表 3
部件為經射出模製為薄片(60 mm×60 mm)之樣品。亦測試模製部件之熱特性及機械特性。結果闡述於下表4中。表 4 實例 3
樣品12至14由各種百分比之聚醚醚酮(「PEEK 3」)、液晶聚合物(「LCP 1」及/或「LCP 3」)、玻璃纖維(「玻璃纖維1」及/或「玻璃纖維2」)及ATH形成,如下表5中所指示。PEEK 3聚合物具有約137 Pa-s之熔融黏度,如在400℃之溫度及1000 s-1
之剪切率下根據ISO 11443:2005測定。名稱「玻璃纖維1」係指可以名稱910A-10P購自Owens Corning之環形玻璃纖維(縱橫比為1)且名稱「玻璃纖維2」係指可以名稱RENEX™ FF-5061購自Taishan之平坦短切玻璃纖維股束(縱橫比為4)。在380℃之熔融溫度及每小時30磅之產出率下將組合物摻合於25-mm雙螺桿擠壓機中。表 5
部件為經射出模製為薄片(60 mm×60 mm)之樣品。亦測試模製部件之熱特性及機械特性。結果闡述於下表6中。表 6 實例 4
樣品15至18由各種百分比之聚醚醚酮(「PEEK」)、液晶聚合物(「LCP)、玻璃纖維(「玻璃纖維1」及/或「玻璃纖維2」)及三水合鋁(「ATH」)形成,如下表7中所指示。PEEK聚合物具有約165 Pa-s之熔融黏度,如在400℃之溫度及1000 s-1
之剪切率下根據ISO 11443:2005測定。LCP衍生自大約60% HBA、12.5% BP、12.5% TA、12.5% HQ及12.5% IA,且具有約310℃之熔融溫度及約14 Pa-s之熔融黏度,如在350℃之溫度及1000 s-1
之剪切率下測定。名稱「玻璃纖維1」係指可以名稱910A-10P購自Owens Corning之環形玻璃纖維(縱橫比為1)且名稱「玻璃纖維2」係指可以名稱RENEX™ FF-5061購自Taishan之平坦短切玻璃纖維股束(縱橫比為4)。在380℃之熔融溫度及30 lb/hr之產出率下在25-mm雙螺桿擠壓機中進行混合。表 7
部件為經射出模製為薄片(80 mm×80 mm×1 mm)之樣品。亦測試模製部件之熱特性及機械特性。結果闡述於下表8中。表 8
本發明之此等及其他修改及變化可在不背離本發明之精神及範疇的情況下由一般熟習此項技術者實踐。另外,應理解各種實施例之態樣均可全部或部分互換。此外,一般熟習此項技術者應瞭解先前描述僅借助於實例,且不意欲限制進一步描述於此等所附申請專利範圍中之本發明。
Claims (29)
- 一種聚合物組合物,其包含至少一種聚芳基醚酮及每100份該聚芳基醚酮約1份至約100份之至少一種液晶聚合物,其中該組合物係藉由在流動改質劑之存在下熔融加工該聚芳基醚酮及該液晶聚合物而形成,其中該流動改質劑包括官能化合物,該官能化合物包括金屬氫氧化物、金屬烷氧化物或其組合。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該官能化合物係以每100重量份該聚芳基醚酮約0.05重量份至約5重量份之量存在。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中如根據ISO測試第11443:2005號在400℃之溫度及1000s-1之剪切率下所測定,該聚合物組合物之熔融黏度與該聚芳基醚酮之熔融黏度之比率為約0.80或更低。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中如根據ISO測試第11443:2005號在400℃之溫度及1000s-1之剪切率下所測定,該聚合物組合物具有約0.1Pa-s至約250Pa-s之熔融黏度。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該液晶聚合物含有不超過約8mol%之量之衍生自環烷羥基羧酸、環烷二羧酸或其組合之重複單元。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該液晶聚合物基本上由以下各者組 成:衍生自4-羥基苯甲酸之重複單元、衍生自對苯二甲酸及/或間苯二甲酸之重複單元、及衍生自4,4'-聯苯酚及/或對苯二酚之重複單元。
- 如請求項6之聚合物組合物,其中該等衍生自4-羥基苯甲酸之重複單元構成該液晶聚合物之約40mol%至約85mol%。
- 如請求項7之聚合物組合物,其中該等衍生自對苯二甲酸及間苯二甲酸之重複單元各自構成該液晶聚合物之約1mol%至約30mol%,且該等衍生自對苯二酚及4,4-聯苯酚之重複單元各自構成該液晶聚合物之約1mol%至約30mol%。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該聚芳基醚酮具有約110℃至約200℃之玻璃轉化溫度。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中如根據ISO測試第11443:2013號在1000s-1之剪切率及400℃之溫度下所測定,該聚芳基醚酮具有約80Pa-s或更高之熔融黏度。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該聚芳基醚酮為聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮醚酮酮、聚醚醚酮酮、聚醚-二苯基-醚-醚-二苯基-醚-苯基-酮-苯基,或其摻合物或共聚物。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該官能化合物包括金屬氫氧化物。
- 如請求項15之聚合物組合物,其中該金屬氫氧化物為氫氧化銅(II)、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋁,或其組合。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該官能化合物進一步包括羥基官能有機化合物、羧基官能有機化合物,或其組合。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該聚合物組合物含有不超過約5wt%之填充劑。
- 如請求項18之聚合物組合物,其中該聚芳基醚酮構成該組合物之約60wt%至約99.5wt%。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該聚合物組合物含有約5wt%至約70wt%之填充劑。
- 如請求項20之聚合物組合物,其中該聚芳基醚酮構成該組合物之約10wt%至約80wt%。
- 如請求項18、19、20或21之聚合物組合物,其中該填充劑包括玻璃纖維。
- 如請求項22之聚合物組合物,其中該等玻璃纖維具有約1.5至約10之縱橫比,該縱橫比係經定義為該等纖維之橫截面寬度除以該等纖維之橫截面厚度。
- 一種模製品,其包含如請求項1之聚合物組合物。
- 一種用於形成如請求項1之聚合物組合物之方法,該方法包含在該流動改質劑之存在下熔融加工該聚芳基醚酮及該液晶聚合物。
- 如請求項25之方法,其中熔融加工係在約250℃至約400℃之溫度下進行。
- 如請求項25之方法,其中如根據ISO測試第11443:2005號在400℃之溫度及1000s-1之剪切率下所測定,該聚合物組合物之熔融黏度與該聚芳基醚酮之熔融黏度之比率為約0.80或更低。
- 一種聚合物組合物,其包含至少一種聚芳基醚酮及每100份該聚芳基醚酮約1份至約100份之至少一種液晶聚合物,其中該組合物係藉由在流動改質劑之存在下熔融加工該聚芳基醚酮及該液晶聚合物而形成,其中該流動改質劑包括官能化合物,該官能化合物包括金屬氫氧化物、金屬烷氧化物、金屬鹽水合物或其組合,且其含量為以每100重量份該聚芳基醚酮計約0.05重量份至約5重量份。
- 如請求項28之聚合物組合物,其中該官能化合物為CaCl2.H2O、ZnCl2.4H2O、CoCl2.6H2O、CaSO4.2H2O、MgSO4.7H2O、CuSO4.5H2O、Na2SO4.10H2O、Na2CO3.10H2O、Na2B4O7.10H2O、Ba(OH)2.8H2O或其組合。
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